Um núcleo atômico de tório pode ser a chave para um relógio nuclear mais preciso

Sep 15, 2023

Título: Um núcleo atômico de tório pode ser a chave para um relógio nuclear mais preciso

Pesquisadores descobriram que um isótopo específico de tório tem o potencial de ser a base para o primeiro relógio nuclear, de acordo com um relatório publicado na edição de 25 de maio da Nature. O núcleo de tório poderia fornecer um novo método para marcar o tempo, superando a precisão dos relógios atômicos existentes. A nova pesquisa conduzida por Sandro Kraemer de KU Leuven na Bélgica e sua equipe mediram com precisão a energia liberada durante o decaimento do núcleo de tório, lançando a possibilidade de construir um relógio nuclear.

Os relógios atômicos atuais são baseados nas oscilações de luz iniciadas pelos elétrons que cercam um átomo. Os relógios atômicos já são muito precisos e são usados ​​em satélites GPS e em experimentos que testam as leis fundamentais da física. Um relógio nuclear, no entanto, seria baseado em saltos de energia feitos pelo núcleo de um átomo, que alguns cientistas acreditam ser ainda mais preciso do que os relógios atômicos.

A maioria dos núcleos atômicos tem níveis de energia muito distantes um do outro para que os cientistas possam dar o salto com um laser, uma necessidade para a construção de um relógio. No entanto, o tório-229, um isótopo do elemento, tem níveis de energia incomumente próximos. Os pesquisadores não conseguiram iniciar o salto de energia com um laser, pois a lacuna de energia entre os níveis não era conhecida com precisão.

Kraemer e seus colegas mediram a energia liberada quando os núcleos de tório-229 decaíram, saltando em energia de seu estado de energia mais alto. Os cientistas tiveram que colocar o tório-229 neste estado de alta energia, um isômero. A equipe usou um feixe radioativo nas instalações ISOLDE do CERN, incorporando actínio-229 em cristais de fluoreto de cálcio e fluoreto de magnésio. O actínio-229 decaiu, produzindo o isômero tório-229. A incorporação do tório-229 em cristais suprimiu o decaimento difícil de medir, tornando o decaimento de fóton único mais evidente.

De acordo com o físico quântico Simon Stellmer, da Universidade de Bonn, esta nova pesquisa representa um marco na criação do primeiro relógio nuclear. Os físicos agora estão trabalhando para utilizar um laser para dar o próximo passo nessa direção.

Um relógio nuclear poderia fornecer novas perspectivas sobre os fenômenos da física, revelando variações sutis nas constantes fundamentais da natureza. Além disso, um relógio nuclear pode ser mais estável e fazer medições mais rapidamente do que os relógios atômicos. Segundo Kraemer, ao contrário dos relógios atômicos, que exigem que os átomos fiquem suspensos dentro de uma câmara de vácuo, os relógios nucleares podem ser feitos com núcleos dentro de um material sólido.